Экологическая ДНК — надёжный способ изучения миграции из океанской "сумеречной зоны"

Океанская "сумеречная зона" (мезопелагиаль) хранит ключ к пониманию морской пищевой сети и способности океана поглощать углерод. Однако изучение этой обширной и удалённой области чрезвычайно сложно. Многие её обитатели легко разрушаются при отборе проб или быстро избегают любых помех, что затрудняет их изучение традиционными сетями. Хотя достижения в акустике позволили точнее оценивать биомассу, вопросы о видовом разнообразии и распределении внутри этой биомассы оставались без ответа.

Этот пробел в знаниях начинает закрываться благодаря генетическому материалу — чешуе, фекальным пеллетам или фрагментам тканей, — который организмы оставляют, перемещаясь в воде. Образующийся след экологической ДНК (environmental DNA, eDNA) даёт исследователям подсказки о том, какие виды присутствуют в воде и об их относительной численности. В статье, опубликованной 28 октября в Scientific Reports, учёные из Океанографического института Вудс-Хоул (WHOI) обнаружили, что изменения концентрации eDNA в океане точно отражают перемещение организмов между сумеречной зоной и поверхностью.

"Ключевой вывод нашей работы в том, что сигнал eDNA не исчезает мгновенно, если животное перемещается вверх или вниз в толще воды", — сказала Элизабет Андрушкевич Аллан, бывшая постдок WHOI, а ныне постдок Университета Вашингтона. Это помогает ответить на важные вопросы, которые нельзя решить с помощью сетей или акустических данных: какие виды мигрируют? Какой процент из них мигрирует ежедневно? Кто мигрирует рано, а кто поздно?

Аллан и её соавтор Вэйфэн "Гордон" Чжан, физический океанограф WHOI, использовали компьютерную модель, чтобы смоделировать судьбу eDNA в толще воды после того, как она была оставлена организмом-хозяином. Они обнаружили, что физические процессы — течения, ветер, перемешивание — и осаждение частиц не оказывают существенного влияния на вертикальное распределение eDNA. Большинство сигналов eDNA оставались в пределах 20 метров (66 футов) от места их первоначального выделения. Это означает, что изменения концентрации eDNA можно надёжно использовать для определения:

• Где определённые виды обитают в разное время суток.
• Сколько времени они проводят на этих глубинах.
• Какой процент особей определённого вида мигрирует из сумеречной зоны на поверхность.

"До этой работы мы не могли с уверенностью сказать, что происходит с eDNA, выделяемой видами сумеречной зоны. Но в модели проявилась очень чёткая картина, дающая базовое понимание концентрации eDNA между поверхностными и глубокими слоями с течением времени", — сказал Чжан. Благодаря этим знаниям, исследователи в поле смогут точнее выбирать места для отбора драгоценных проб воды, чтобы идентифицировать мигрирующие виды и оценивать ежедневный процент мигрирующих особей в каждой видовой группе.

Как одно из первых исследований, моделирующих концентрацию eDNA, эта работа указывает на необходимость большего количества полевых данных для проверки модели. Однако эти обнадёживающие результаты показывают, насколько полезной может быть eDNA для изучения миграции животных и секвестрации углерода в труднодоступных частях океана, таких как сумеречная зона.

"Эти результаты моделирования закладывают основу для более эффективного изучения экологии океанской сумеречной зоны", — сказала Аннетт Говиндараджан, молекулярный эколог WHOI и соавтор статьи. "Они задают направления для будущих экспериментов, некоторые из которых мы уже начали разрабатывать".